Содержание к диссертации
Введение
1. Агробиологические особенности и перспективы возделывания нута в условиях засухи 10
1.1 Агробиологические особенности культуры 10
1.2 Нут и влага: результаты опубликованных исследований 15
1.3 Приемы возделывания нута в различных агроклиматических зонах. Обоснование направления исследований 20
2. Рабочая гипотеза и методики проведения исследований 29
2.1 Программа исследований 29
2.2 Условия проведения эксперимента 35
2.2.1 Агрометеорологические условия проведения опытов 35
2.2.2 Почвенные условия опытного участка 43
2.3 Особенности агротехники нута в опытах 48
2.4 Методики исследований 51
3. Водный режим и физические свойства почвы при разных способах обработки 57
3.1 Динамика водно-физических характеристик почвы в зависимости от способа обработки в посевах нута 57
3.2 Послойное распределение запасов общей и продуктивной влаги при разных способах обработки почвы 63
3.3 Динамика водного режима почвы в зависимости от сочетания приемов возделывания нута 73
3.4 Основные статьи водного баланса и суммарное водопотребление нута 77
3.5 Эффективность использования воды на формирование урожая нута при разных сочетаниях изучаемых приемов возделывания 93
4. Закономерности развития и фотосинтетическая активность нута при разных сочетаниях изучаемых факторов 100
4.1 Закономерности развития нута в условиях дефицита естественной влагообеспеченности 100
4.2 Динамика развития листового аппарата и формирование фотосинтетического потенциала посева 107
4.3 Фотосинтетическая активность посевов при разных сочетаниях изучаемых факторов 119
4.4 Оценка эффективности сочетания факторов по динамике накопления органического вещества посевами 126
5. Реализация потенциала продуктивности и экономическая эффективность возделывания нута в зависимости от сочетания применяемых агроприемов 136
5.1 Структура урожая и продуктивность нута в зависимости от сочетания применяемых агроприемов 136
5.2 Оценка экономической эффективности изучаемых агроприемов возделывания нута в условиях засухи 146
Заключение 157
Список литературы 161
Приложения 180
- Приемы возделывания нута в различных агроклиматических зонах. Обоснование направления исследований
- Послойное распределение запасов общей и продуктивной влаги при разных способах обработки почвы
- Динамика развития листового аппарата и формирование фотосинтетического потенциала посева
- Оценка экономической эффективности изучаемых агроприемов возделывания нута в условиях засухи
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Нут является одной из привлекательнейших культур сельскохозяйственного производства Нижневолжского региона, поскольку выгодно сочетает в себе такие ключевые качества, как востребованность, высокую агроэкологическую адаптивность к жестким условиям засушливого континентального климата и высокий приоритет в качестве предшественника биологизированных севооборотов. Востребованность его определяется широкой сферой применения, как в питании людей, так и в кормлении животных. Семена нута содержат более 20 % сбалансированного по аминокислотному составу белка, около 10 % высокоценных пищевых волокон, богатых витамином PP, калием и кальцием, содержание которых составляет, соответственно 16,7 %, 38,7 % и 19,3 % от суточной нормы потребления человека.
По занятым площадям пашни культура нута стоит на третьем месте среди бобовых в мире. Общая, занимаемая посевами нута площадь в мире сегодня превышает 12,5 млн./га, а в России его успешно выращивают в Средне – и Нижневолжском регионах, на Северном Кавказе, на Урале и в Западной Сибири. Однако общие площади посева нута в России едва превышают 400 тыс. га, что несопоставимо с потенциальными ресурсами роста производства этой высокоценной культуры только в указанных регионах.
Потенциальная урожайность нута, полученная в лучшие по метеорологическим условиям годы, на государственных сортоучастках достигает 3-3,4 т/га, тогда как в производственных условиях Нижневолжского региона хорошими урожаями считаются сборы нутового зерна в пределах 1,0-1,2 т/га. Решение задачи сокращения этого разрыва связано с необходимостью разработки новой системы агроприемов, отвечающих требованиям современных энергосберегающих агротехнологий: влагонакопления и влагосбережения, как основного фактора стабилизации производства растениеводческой продукции в условиях засухи; ресурсосбережения, понимаемого как рациональное использование всех задействуемых видов ресурсов; снижения антропогенной нагрузки и биологи-зации производства. Необходимость решения указанного круга вопросов определяет актуальность выбранной темы исследования.
Степень разработанности темы исследования. Изучению закономерностей роста, продукционного процесса и разработке эффективных агроприемов возделывания нута посвящены работы многих отечественных и зарубежных исследователей, которые однозначно характеризуют эту культуру как одну из наиболее перспективных культур богарного севооборота. Исследованиями В.В. Балашова, А.В. Балашова (2016), Л.П. Шевцовой, Н.А. Шьюровой (2017), К.И. Пимонова (2008, 2012), Е.П. Денисова (2017), Н.Н. Дубенка (2007), Г.А. Медведева, А.М. Хабарова (2010) установлено, что благодаря активному симбиозу с азотофиксирующими бактериями в качестве предшественника нут не уступает орошаемым культурам сои и гороха. Н.И Германцева (2014), В.В. Бородычев, Т.В. Подольская, С,Б. Адь-яев (2008), О.В. Столяров (2003), А.Г. Ванифатьев (1981), , И.В. Сеферова (2001), В.В. Зубков, Е.В. Зуев (2011), А.В. Нечаев (2005), В.Н. Павленко (2016) и многие другие учетные обоснованно позиционируют культуру нута в ряду наиболее засу-3
хоустойчивых культур мира. Указывается, что вода в клетках нута имеет более высокий осмотический потенциал в сравнении с соей, фасолью, горошком и другими зернобобовыми культурами за исключением чины. Высокий осмос в клетках нута способствует снижению транспирации и увеличивает полноту использования почвенной влаги. В тоже время исследования Я.М. Бодягина (2003), С.О. Лаврен-ко, В.Н. Иванец (2014), Л.С. Силохиной, И.С. Алексейко (2009) показали высокую эффективность орошения нута. Указывается, что своевременное создание запасов продуктивной почвенной влаги активизирует рост, фотосинтез, увеличивает число сформировавшихся бобов на растении. Поэтому разработка и внедрение аг-роприемов, направленных на создание стабильных, высоких запасов почвенной влаги и рациональное ее использование в сочетании с улучшением агрофизического состояния почвы и оптимизацией архитектоники посева, видится актуальным продолжением исследований в рамках выбранной темы.
Цель исследований – повышение эффективности возделывания нута за счет разработки агротехнических приемов, обеспечивающих в засушливых условиях Нижневолжского региона гарантированное получение урожайности высококачественных семян не ниже 2,0 т/га при соблюдении принципов ресурсосбережения и рационального природопользования
Задачи исследований в рамках выбранной тематики и в соответствии с поставленной целью сводятся к следующему:
– провести анализ современного уровня разработанности направления исследований с обоснованием перспективных путей совершенствования технологии возделывания нута в условиях острого дефицита естественной влагообес-печенности, обоснованием рабочей гипотезы и программы исследований;
– установить закономерности послойного распределения запасов общей и продуктивной влаги, и формирования водного режима почвы при разных способах обработки почвы под нут;
– изучить закономерности суммарного водопотребления нута и эффективность использования естественных ресурсов влаги при использовании влаго-сберегающих агроприемов;
– оценить динамику агрофизических свойств почвы в зависимости от сочетания изучаемых агроприемов;
– установить закономерности роста, развития и фотосинтетической активности посевов при разных сочетаниях изучаемых агроприемов;
– обосновать эффективные сочетания агроприемов возделывания нута с использованием показателей зерновой продуктивности посевов и экономической эффективности производства.
Научная новизна. Исследованиями впервые предложена концепция локализации энергоемких приемов возделывания сельскохозяйственных культур, реализуемой на основе геопозиционной синхронизации разновременных агротехнических приемов, проводимых в рамках реализации агротехнологического цикла. В рамках реализуемой концепции изучены закономерности влагонакоп-ления и использования почвенной влаги посевами нута, закономерности изменения агрофизических свойств почвы под влиянием изучаемых агроприемов,
закономерности фотосинтетической деятельности и формирования урожая нута при оптимизации архитектоники посева.
Теоретическая и практическая значимость работы. Установлены закономерности послойного формирования запасов общей и продуктивной почвенной влаги в зависимости от способа обработки почвы, проведена количественная оценка влагосберегающего эффекта полосового мульчирования почвы, установлены закономерности изменения агрофизических свойств почвы и продукционного процесса нута в зависимости от сочетания изучаемых агроприе-мов.
Практическая значимость работы определяется возможностями повышения урожайности посевов нута и обеспечения гарантированного производства ну-тового зерна на уровне 2,0 т/га в сложных почвенно-климатических условиях Нижневолжского региона. Исследованиями разработаны и научно обоснованы эффективные сочетания инновационных агроприемов возделывания нута для достижения указанных целевых показателей.
Результаты исследований были внедрены в ООО «Гнилоаксайское ХПП» на площади 50 га. Средняя урожайность производственных посевов составила 1,93 т/га, а экономический эффект от внедрения инновационных агроприемов с площади 50 га составил 1435тыс. руб.
Объект и предмет исследований. Объект исследований – посевы нута на каштановых почвах Нижнего Поволжья. Предмет исследований – совокупность агроприемов, составляющих технологию возделывания нута на каштановых почвах Нижнего Поволжья.
Методология и методы исследований. При разработке системы инноваци
онных агроприемов возделывания нута ориентировались на возможности неис
пользуемого потенциала современных агротехнологий, почвенно-
климатические особенности региона исследований и агробиологический потен
циал культуры. Методологической основой исследований стал метод факторно
го полевого эксперимента. Разработка программы исследований, изучение аг
рофизических свойств почвы, влагонакопления и водопотребления, биометри
ческие учеты и определение продуктивности посевов проводили в соответствии
с требованиями общепринятых методик (Б.А. Доспехов (1985), Г.Ф. Лакин
(1990), Б.Д. Кирюшин (2004), И. Д. Соколов (2016) и др.). Анализ полученных
в опыте данных проводили с использованием методов корреляционного, дис
персионного и регрессионного анализа.
Положения, выносимые на защиту:
– закономерности послойного распределения запасов общей и продуктивной влаги, и формирования водного режима почвы при разных способах обработки почвы в посевах нута;
– динамика агрофизических свойств и формирования водного режима почвы в зависимости от способа обработки и применения влагосберегающих агро-приемов;
– закономерности фотосинтетической деятельности и продуктивность посевов нута в зависимости сочетания изучаемых агроприемов.
Достоверность результатов исследований. Полученные опытные данные согласуются с общими представлениями в данной области сельскохозяйственной науки, не противоречат биологии культуры и законам земледелия. Достоверность результатов подтверждается удачным выбором мест проведения исследований, проведением опытов в годы с типичным для климата региона агрометеорологическим фоном, использованием общепринятых частных методик.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на национальной научно-практической конференции «Экологические аспекты использования земель в современных формациях» (Волгоград: ВолГАУ, 2017 г), международных научно-практических конференциях «Роль мелиорации земель в реализации государственной научно-технической политики в интересах устойчивого развития сельского хозяйства» (Волгоград: ВНИИОЗ, 2017 г), «Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования» (с. Соленое Займище: ВНИИАЗ, 2018 г), а также на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградского ГАУ (Волгоград, 2016-2018 гг.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 научных работ, из которых 4 – в ведущих рецензируемых журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ. Общий объем публикаций составил 3,95 п.л., в том числе автора – 2,85 п.л.
Структура и объем работы. Содержание диссертационной работы включает введение, 5 глав основного текста исследования, заключение, список литературы и приложения. Общий объем работы – 210 страниц, включая 32 таблицы, 28 рисунков и 31 приложение. Объем основного текста диссертации – 137 страниц. Список литературы включает 173 использованных наименований, из которых 6 – иностранных авторов.
Приемы возделывания нута в различных агроклиматических зонах. Обоснование направления исследований
Современная система агроприемов возделывания нута в первую очередь направлена на создание условий для формирования равномерных и дружных всходов, обеспечение фитосанитарной чистоты посевов, обеспечение оптимального минерального и бактериального питания растений, защиту от болезней и вредителей [2, 7, 11, 35, 42, 107, 140].
При всей своей неприхотливости культура нута отзывчива на плодородие почвы, ее агрофизическое состояние и содержание доступных форм питательных элементов [1, 7, 52, 61, 119, 160, 162]. Отмечено, что в первую очередь необходимо обеспечить фосфорное и калийное питание растений, тогда как азот нут может получать благодаря азотфиксирующему симбиозу с клубеньковыми бактериями.
В опытах [1] на обыкновенных черноземах Ростовской области за счет оптимизации сочетания минерального и бактериального питания нута была достигнута урожайность в 2,5 т/га. При этом минеральной азот было необходимо вносить в дозе 12,5 кг д.в./га, фосфор, - 50 кг д.в./га, а семена перед посевом обрабатывать инокулятом штамм 527. Увеличение дозы минерального азота вдвое сопровождалось снижением общей урожайности посева на 0,3 т/га, а при внесении 50 кг д.в./га азота, - урожайность сокращалась до 1,9 т/га. Следует признать, что исследования проводились на высокоплодородных почвах, с содержанием гумуса до 3,5 % и валовых форм азота до 0,18 %.
Исследования [7, 8, 9, 18] ставили задачей обоснование оптимального для нута содержания доступных форм минерального питания в почве. По средним за годы исследований данным было получено, что для формирования наибольших, до 2,0 т/га, урожаев нута, необходимо чтобы перед посевом в пахотном слое почвы содержалось не менее 21 мг/кг доступных форм азота и 27 мг/кг доступных форм фосфора. В фазу всходов содержание доступных элементов должно повышаться, до 29 мг/кг по азоту и до 28 мг/кг по доступным формам фосфора. Однако, наиболее обеспечены доступными формами минерального питания почвы должны быть в фазу образования бобов, - не менее 32 мг/кг по ащоту и не менее 29 мг/кг по фосфору. Оптимальной дозой минерального питания на каштановых почвах Саратовской области оказалась N60P60, при которой средняя за три года урожайность нута составила 1,9 т/га. Повышение доз минерального питания, как по азоту, так и по фосфору не обеспечило статистически значимой прибавки зерновой продуктивности посевов.
По данным [12] на формирование 1 тонны урожая зерна нут потребляет до 53 кг азота, не менее 18 кг доступных элементов фосфора и около 75 кг калийного питания. В тоже время [35] на основании результатов собственных исследований, проведенных в условиях Акмолинской области Казахстана предостерегает от использования такого рода ориентиров ввиду их высокой динамичности.
В опытах [13] в условиях Волгоградской области эффективным приемом оказалась обработка семян нута перед посевом ризоторфином. Обработка ризотор-фином в 6 раз увеличивало долю растений с образованными на корнях клубеньками и в три раза, - число клубеньков на среднем растении. В среднем за годы исследований это обеспечивало возможность получения до 1,6 т/га зерна нута, что существенно превышало продуктивность посевов на контроле (без инокуляции семян). При этом отмечается, что для активной азотофиксации клубеньковые бактерии должны располагаться в достаточно увлажненной среде с весовым содержанием влаги не менее 15-20 %.
Содержание доступной почвенной влаги является одним из определяющих факторов эффективности применения минеральных удобрений. Например, в опытах [10, 11] влияния минеральных удобрений на продуктивность нута за три года исследований доказано не было из-за высокого дефицита почвенной влаги.
Почвенная влага является также определяющим фактором и при выборе сроков посева нута. В опытах [11] оптимальным сроком посева нута оказалась 1 декада мая. В тоже время по отдельным годам какой либо строгой закономерности нет, а наибольшая связь прослеживается с фактически складывающимися погодными условиями. Норма высева является одним из ключевых агротехнических факторов, определяющих в последующем архитектонику посева и продуктивность нута. В опытах [101] уже при посеве нормой 700 тыс. сем./га урожайность нута возрастала до 1,92 т/га. Дальнейшее увеличение посевной нормы сопровождалось лишь незначительным увеличением зерновой продуктивности посевов. Следует признать, что посев нута в данном исследовании проводили сплошным способом, тогда как при широкорядных способах норму высева существенно сокращают. В частности, в опытах [10, 11] наибольшая урожайность нута при посеве широкорядным способом через 0,45 м была получена на участках, где нормы высева составляла 350 тыс. всх. сем./га. При этом, однако, прослеживается выраженный нарастающий тренд повышения урожайности нута с увеличением нормы высева от 150 до 350 тыс. всх сем./га. Это определяет возможность существования области оптимума вне результатов исследований автора.
В опытах [4] на севере центрально-черноземной зоны наибольшая урожайность нута была получена при широкорядном, через 0,45 м, способе посева нута нормой 500 тыс. сем./га. Продуктивность посевов при этом достигала 1,81 т/га и была на 10 % выше, чем при посеве сплошным способом. Повышение нормы высева до 800 тыс. сем./га снижало урожайность.
На засушливых регионах юга России снижение урожайности при увеличении нормы высева определяется, прежде всего, усиленным расходом почвенной влаги [11, 12, 20, 35, 60, 61, 107, 162]. Не компенсированный расход влаги обуславливает создание неблагоприятных условий для функционирования нутового симбиоза, ингибирует ростовые процессы и налив бобов.
Эффективным оказалось увеличение нормы высева нута в плане сокращения засоренности посевов [21]. Так, увеличение нормы высева по всхожим семенам на 200 тыс. шт./га (с 500 до 700 тыс. всх. сем./га) обеспечило сокращение общего количества сорных растений на 21 %. Еще в большей степени, на 40 %, число сорных растений в посевах нута снижалось при норме высева 900 тыс. сем./га. По массе сорных растений засоренность посевов снижалась соответственно на 25 и 47 %. Исследованиями [93] изучалась эффективность применения средств химической борьбы в посевах нута с сорной растительностью. Опыты были поставлены с гербицидом Гезагард, Дуал голд, их сочетанным применением, а также гербицидом Харнес. Наиболее эффективным в плане подвления однолетней и многолетней сорной растительности оказалось применение гербицида Гезагард нормой 3,0 л/га, Дуал голд нормой 1,2 л/га, смеси Гезаграда и Дуал голда в норме 0,8 и 2,0 л/га. Однако все эти гербициды оказывали угнетающее действие на развитие и продуктивность самого нута. Наиболее оптимальным в плане эффективного подавления сорной растительности при минимизации негативного влияния на продукционный процесс нута оказался гербицид Харнес. Обеспечивая высокую чистоту посевов по однолетникам, этот гербицид позволял собирать, в среднем, до 1,56 т/га высококачественных семян нута.
Из современных гербицидов эффективными по нуту оказались сочетания Пи-вота и Прометрина [46, 64, 108]. Данное сочетание позволяет наиболее продолжительное время держать «экран», что дает посевам нута сформировать хорошую биомассу и максимально снизить негативное влияние сорняков на продуктивность посевов.
Одним из наиболее ресурсоемких и спорных вопросов в возделывании нута являются применяемые системы обработки почвы. В различных климатических зонах изучались и нашли научное обоснование различные приемы и способы обработки почвы [11, 12, 26, 42, 66, 92, 107, 125, 137, 140, 142]. Вместе с тем эту работу нельзя назвать завершенной, ввиду активного продвижения и освоения новых систем земледелия.
В зоне черноземных почв юга Украины [151] эффективной оказалась глубокая отвальная вспашка, позволяющая оборачивать пласт до 0,3 м. Урожайность нута при этом возрастала на 10-15 % в сравнении с вариантами, где проводилась обычная вспашка, на глубину 0,22 м. Авторы отмечают, что увеличенная мощность разрыхленного слоя благоприятно влияет на продукционный процесс нута, но должен быть ограничен мощностью гумусового горизонта. К такому же выводу пришел [11] в исследованиях с нутом на черноземах Волгоградской области. Стерню предшественника при этом рекомендуется обрабатывать дисковыми орудиями на глубину до 0,06 м при преимущественной засоренности однолетниками и до 0,12 м при преимущественном распространении многолетних сорняков.
На маломощных почвах глубокая вспашка не дает положительного эффекта, а дополнительные затраты энергоресурсов не оправдываются прибавкой урожая. На сероземных почвах Жамбылской области Казахстана наряду с традиционной , вспашкой на глубину 0,20-0,22 м изучалась эффективность плоскорезной обр, аботки на глубину 0,1-0,12 м [60]. Значимых различий в продуктивности посевов нута выявлено не было, тогда как энергоемкость плоскорезной обр/аботки оказалась существенно ниже. Себестоимость зерна, выращенного на фоне плоскорезной обработки, была на 18 % ниже, чем при применении отвальной вспашки.
На выщелоченных черноземах Тюменской области [125] наибольшие урожаи нута были получены по зяблевой вспашке на глубину 0,2-0,22 м. Урожайность зерна нута при этом составила 2,6 т/га, тогда как при использовании безотвальных технологий продуктивность посевов существенно сокращалась. Например, безотвальное рыхление почвы на ту же глубину, 0,2-0,22 м, сопровождалось снижением продуктивности нута на 0,5 т/га, а при мелком безотвальном рыхлении, на глубину 0,12 м, - урожайность нута снижалась на 0,7 т/га. Другим важным преимуществом применения отвальной вспашки в почвенно-климатических условиях Тюменской области оказалось формирование семян нута с массой до 280 г/1000 сем. На участках, где применяли безотвальные технологии семена нута оказались более мелкими, что определяет и более низкую цену продукции.
Послойное распределение запасов общей и продуктивной влаги при разных способах обработки почвы
Большинство ученых [11, 12, 26, 441, 42, 107, 137, 140, 142] обоснованно позиционируют культуру нута в ряду наиболее засухоустойчивых культур мира. Вода в клетках нута имеет более высокий осмотический потенциал в сравнении со всеми бобовыми культурами за исключением чины. Высокий осмос в клетках нута способствует снижению транспирации и увеличивает полноту использования почвенной влаги. Влажная, дождливая погода может негативно отражаться на продуктивности нута, резко снижая долю оплодотворенных цветков. В тоже время есть данные и о высокой эффективности орошения нута: своевременное создание запасов продуктивной почвенной влаги активизирует рост, фотосинтез, увеличивает число сформировавшихся бобов на растении [20, 82, 83, 84, 135]. Особое значение имеет создание почвенных влагозапасов в период вегетативного роста нута, обеспечивающих активизацию прироста биологической массы и ветвление растений, - основу формирования высокопродуктивного растения. В связи с этим, наряду с общей низкой водотребовательностью нута, устойчивое обеспечение высоких почвенных влагозапасов к началу сева нута является важнейшим условием формирования продуктивных посевов на богаре.
Формирование запасов почвенной влаги в условиях сухостепной зоны каштановых почв Нижнего Поволжья зависит от объема, распределения и характера поступления атмосферных осадков в осенне-зимний и, частично, - весенний периоды. В связи с этим особое внимание важно уделить особенностям послойного распределения почвенной влаги, накопленной к началу посевного периода нута. Полученные опытные данные позволяют нам дать вариационную характеристику распределения накопленных запасов почвенной влаги по профилю почвы (таблица 3.4).
Программой исследований предусматривалось изучение влияния используемых приемов (систем) подготовки почвы на формирование запасов почвенной влаги и ее послойное распределение по почвенным горизонтам. Учитывая, что в задачи исследования входит всесторонняя оценка эффективности полосной обработки почвы, запасы почвенной влаги измеряли как послойно, по глубине профиля, так и в горизонтальном направлении, поперек полос глубокого рыхления. Вариация значений влажности почвы в горизонтальном направлении оценивалась стандартными методами математической статистики, с расчетом показателей выборочного среднего, дисперсии и стандартного отклонения выборки.
Исследования не выявили значимого уровня вариативности запасов почвенной влаги в поперечном к посеву направлении на участках, где подготовку почву проводили в соответствии с требованиями зональных рекомендаций, с применением отвальной зяблевой вспашки, покровного боронования и предпосевной культивации. Дисперсия выборки не превышала 0,8, стандартное отклонение – не более кубометра влагозапасов. Средние за годы исследований запасы влаги в пахотном слое почвы составили 885 м3/га, в слое 0-0,6 м, - 1714 м3/га, в слое 0-1,2 м, - 3408 м3/га. Однако запасы продуктивной влаги (не учитывающей малоподвижную влагу, содержащуюся в почве при влажности ниже влажности устойчивого завяда-ния) в слое 0-1,2 м не превышали 1218 м3/га.
Осреднение полученных в годы исследований данных позволяет представить типичную картину распределения почвенной влаги в пахотных каштановых почвах Нижнего Поволжья. Наибольшие влагозапасы во все годы исследований наблюдались в слое почвы глубже 1 м. Влажность этих слоев почвы превышала 89-90 % НВ, а с глубины 1,1 м, - и более 92 % НВ. На глубине 0,8-1,0 м влажность почвы не превышала 90 % НВ и не была меньше 87 % НВ. Горизонт почвы с 0,4 по 0,8 м, в среднем, за годы исследований оказался наиболее иссушенным, содержание почвенной влаги соответствовало диапазону 83-85 % НВ и менее. В пахотном слое, преимущественно, благодаря атмосферным осадкам ранневесеннего периода влаги содержалось больше, влажность почвы варьировалась от 87 до 89 % НВ. Следует признать, что влажность почвы в пахотном слое является наиболее вариативным показателем; в отдельные годы с сухой весной содержание почвенной влаги в этом слое может быть существенно ниже.
Применение полосной обработки почвы под зябь на глубину до 0,4 м оказывало существенное влияние на распределение влаги по почвенным горизонтам (таблица 3.4). И если в пахотном слое запасы влаги, в среднем, оставались на том же уровне, что при традиционной пахоте (отвальной вспашке), - 882 м3/га, то в нижележащих горизонтах содержание почвенной влаги возрастало до 910 м3/га в слое 0,3-0,6 м, 930 м3/га – в слое 0,6-0,9 м и 912 м3/га, - в слое 0,9-1,2 м. Общие запасы влаги в слое 0-1,2 м возросли до 3637 м3/га, продуктивной влаги, - до 1447 м3/га, что на 229 м3/га или 18,8 % больше, чем при использовании отвальной вспашки. Такая картина была характерна для вариантов с применением полосного глубокого рыхления, однако не объясняла причину существенного снижения запасов почвенной влаги в вариантах с применением рекомендованной зональной системы обработки почвы на основе отвальной вспашки. Было принято решение о проведении расширенных исследований послойного распределения влаги на участках с применением отвальной вспашки; в частности, была увеличена протяженность участка, с которого отбирали пробы на влажность почвы. Если в первом случае общая протяженность поперечного среза составляла 1,1 м, а пробы отбирались через 0,1 м, то во втором уже пробы отбирались через 0,5 м, а общая протяженность поперечного среза составила 10 м. Увеличение общей протяженности поперечного среза профиля почвы до 10 м позволило составить реальную картину распределения влаги по почвенным горизонтам (рисунок 3.5).
На рисунке четко прослеживается четкая граница по влажности почвы в пахотном и подпахотном слоях, которая довольно точно соответствует уплотненному слою почвы, формируемому при использовании отвальной вспашки и именуемому «плужной подошвой». В среднем за три года исследований в подпахотном слое влажность почвы была на 4-8 % НВ ниже, чем в пахотном.
В тоже время из рисунка видно, по крайней мере, два участка, где влажность почвы в подпахотном горизонте не снижается, а возрастает. Эти участки, как правило, соответствуют локальным понижениям микрорельефа. Локальные понижения, а также местные нарушения «плужной подошвы», случайного характера, определяют местный сброс воды с инфильтрацией в нижележащие горизонты почвы. К сожалению, эти участки с повышенными запасами почвенной влаги располагаются случайным образом и не связаны с формулой формирования посевных лент (рядков) нута. Использование полосного глубокого рыхления почвы позволяет создавать гребнистый профиль с системным разрушением плужной подошвы. В этом случае зоны с повышенным содержанием почвенной влаги формируются не случайно (как при использовании зональной технологии подготовки почвы), а с управляемой периодичностью, соответствующей зонам размещения полос глубокого рыхления (рисунок 3.6-3.9).
На рисунке 3.6 представлены результаты послойного анализа содержания почвенной влаги в поперечном срезе длинной 1,1 м, выполненного на участках вари анта, где посев нута проводили рядовым способом с междурядным расстоянием, равным осевому расстоянию полос глубокого рыхления почвы, через 0,45 м.
Динамика развития листового аппарата и формирование фотосинтетического потенциала посева
Фотосинтетическая активность посева является главным фактором, обуславливающим реализацию потенциала продуктивности возделываемых культур. Являясь генетически обусловленной стороной развития растений, фотосинтетическая активность посева также подвержена и существенным вариациям, проявляющимся как мера адаптации к условиям среды произрастания. Фотосинтетическая активность является обобщенным показателем сложной совокупности процессов, свойственных растениям данного вида. Для характеристики фотосинтетической активности посевов используются различные показатели, зачастую характеризующие совершенно разные физические и биологические процессы. В сельскохозяйственной науке принято фотосинтетическую активность посева оценивать двумя основными показателями, - это площадь непрерывно изменяющейся, развивающейся ассимиляционной поверхности посева и продуктивность фотосинтеза, характеризующая интенсивность работы фотосинтезирующей единицы.
И тот и другой из рассматриваемых показателей в естественных природных условиях может существенно варьировать в соответствии с доступностью необходимых для развития растений ресурсов. Изменение этих показателей происходит в пределах норм биологических реакций, свойственных для возделываемой культуры. Для бобовых культур, к которым относится и культура нута, характерна существенная вариабельность роста и развития листового аппарата при умеренной, адаптивной изменчивости продуктивности фотосинтеза [2, 12, 29, 42, 55]. Именно с площадью листьев, динамикой их роста и продолжительностью активного функционирования, установлены наиболее тесные корреляционные связи продуктивности посева.
Культура нута, как и все бобовые культуры отличается высокой адаптационной способностью, пластичностью в формировании листового аппарата. Опыты показали, что уже с первых фаз развития у нута активно формируется листовой аппарат (таблица 4.3, рисунок 4.1).
В фазу всходов проективная площадь покрытия листового аппарата к сельскохозяйственным угодьям предельно мала, однако уже в этот период состояния ассимиляционного аппарат имеет больше значение, определяя динамику дальнейшего развития растений.
В опытах в фазу всходов площадь листьев нута изменялась , в среднем, от 1,6 до 2,0 тыс. м2/га, и зависела, преимущественно, от исследуемого способа посева. Поскольку рядовый интервал между смежными растениями нута на всех вариантах опытах сохранялся неизменным, плотность посева варьировала пропорционально плотности размещения рядков в изучаемом способе посева. В силу этого, площадь проективного покрытия листового аппарата нута формировалась наибольшей в вариантах с наиболее плотными посевами и наименьшей, - в вариантах с разреженной архитектоникой. Наибольшей площадью ассимиляционной поверхности, 2,0 тыс. м2/га, отличались варианты, где посев нута осуществляли ленточным способом по схеме 0,300,45 м. Наименьшим проективным покрытием, 1,6 тыс. м2/га, характеризовались варианты, где посев нута осуществляли ленточным способом по схеме 0,300,75 м. Площадь ассимиляционного аппарата нута на участках, где посев проводили широкорядным способом, через 0,45 м и ленточным способом по схеме 0,300,60 м, в фазу всходов составляла 1,8 тыс. м2/га.
Быстрое развитие листового аппарата нута обусловило уже к началу фазы ветвления растений формирование хорошо развитой ассимиляционной поверхности со средней площадью листьев 8,3-10,4 тыс. м2/га. Для этого периода было характерно углубление различий, заложенных еще в фазу всходов. Отличия в опытах формировались только в вариантах с различными способами посева, тогда как влияние других факторов никак не проявлялось. Однако уже к началу фазы цветения площадь листьев нута существенно различалась по всем вариантам опыта.
Период между началом фазы ветвления растений и началом массового цветения посевов характеризовался достаточно продолжительным интенсивным развитием листового аппарата, площадь которого возросла до 2,5 раз, а в некоторых вариантах и более. Общая вариация площади листьев по вариантам опыта характеризовалась интервалом 21,2-26,7 тыс. м2/га. Причем на участках, где почву обрабатывали по зональной технологии, наибольшая площадь листьев в самых развитых вариантах не превышала, в среднем, 24,6 тыс. м2/га. Характерные различия были установлены и по взаимодействию способа обработки почвы с фактором, обусловленными применяемыми способами посева нута. В частности, на участках с зональной системой обработки почвы, наиболее развитая ассимиляционная поверхность оказалась в вариантах, где посев нута проводили ленточным способом по схеме 0,300,45 м. На участках, где обработку почвы проводили по предложенной системе, основанной на применении глубоких полосных рыхлений, наиболее развитая ассимиляционная поверхность, 26,7 тыс. м2/га, оказалась в вариантах, где посев нута проводили ленточным способом по схеме 0,300,60 м. При прочих равных условиях преимущество в развитие листового аппарата нута оставалось на участках, где проводили полосное мульчирование поверхности почвы.
В период цветения развитие листового аппарата нута замедлялось, что, преимущественно, связано с исчерпанием природных ресурсов, потребляемых растениями и, прежде всего, - ресурсов почвенной влаги. Наряду с этим новообразование и рост листьев преобладали над процессами увядания и некроза, в связи с чем к началу фазы налива бобов площадь листьев еще увеличилась и достигла максимальных значений. В опытах максимальная площадь листьев изменялась, в среднем, от 22,3 до 28,8 тыс. м2/га (таблица 4.4).
На контроле, характеризующегося применением зональной системы обработки почвы и принятого в регионе широкорядного способа посева с междурядным расстоянием 0,45 м максимальная площадь листьев нута изменялась в пределах 22,7-25,5 тыс. м2/га, в среднем составляя 23,9 тыс. м2/га. Менее развитым ассимиляционным аппаратом в опыте характеризовались лишь варианты, где на фоне зональной системы обработки почвы посев проводили ленточным способом по схеме 0,300,75 м. Площадь листьев в посевах нута здесь не превышала, в среднем, 22,3 тыс. м2/га.
В приведенных выше примерах речь шла о вариантах, где проведения мульчирования поверхности почвы в предлагаемой полосовой модернизации не проводилось.
Установлено, что применение мульчи для полосового укрытия поверхности почвы сопровождалось увеличением максимальной площади листьев, в среднем на 0,6-1,3 тыс. м2/га или 2,4-4,9 %.
Использование предложенной системы обработки почвы, основанной на глубоких полосовых рыхлениях в зоне последующего размещения растений сопровождалось увеличением максимальной площади листьев, в среднем, на 5,4-16,1 %. Причем в наименьшей степени, на 1,3-1,5 тыс. м2/га или 5,4-6,0 % площадь листьев возрастала при переходе на предложенную систему обработки почвы в сочетании с широко используемым в регионе широкорядным способом посева через 0,45 м.
Использование предложенного способа обработки почвы в сочетании с посевом ленточным способом по схеме 0,30x0,45 м обеспечило прирост максимальной площади листьев до 1,9-2,6 тыс. м2/га или 7,7-10,2 %. Однако, наибольшее увеличение максимальной площади листьев нута было отмечено при переходе на предложенный способ обработки почвы в сочетании с применением ленточного способа посева по схеме 0,30x0,60 м или 0,30x0,75 м. Максимальная площадь листьев при этом увеличивалась на 3,2-3,6 тыс. м2/га или 13,1-16,1 %.
Изменения в площади максимально развитого ассимиляционного аппарата нута отмечены и по вариантам способов посева. Характерно, что на фоне обработок почвы, проводимых по зональной технологии, влияние способа посева на формирование максимальной площади листьев нута было минимальным. В частности, при переходе с широкорядного на ленточный способ посева, проводимый по схеме 0,30x0,45 м или 0,30x0,60 м, отмечен общий тренд к увеличению площади листьев в посевах нута в пределах 2,0-3,8 %. В тоже время при переходе с широкорядного на ленточный способ посева по схеме 0,30x0,75 м максимальная площадь листьев нута снижалась на 1,4-1,6 тыс. м2/га, что составляет 5,6-6,7 %.
Оценка экономической эффективности изучаемых агроприемов возделывания нута в условиях засухи
В условиях рыночных отношений экономика производства является решающим критерием и главным условием успешного освоения инновационных приемов и технологий. Оценку экономической эффективности использования предложенных агроприемов при возделывании нута в засушливой зоне распространения каштановых почв Нижнего Поволжья проводили на основании сопоставления разновременно формирующихся денежных потоков и совокупного сальдо. Продолжительность периода для расчетов принималась равной одному году, в течение которого реализовывался весь технологический цикл возделывания и уборки нута. В основу расчетов были положены технологические карты, а также нормативы выработки и затрат ресурсов на все выполняемые технологические операции. Расчеты проводили по базовой технологии возделывания нута, а также по изучаемым вариантам с включением поставленных к исследованию агроприемов. Все расчеты проведены в ценах на первое ноября 2017 года.
Все прямые затраты на возделывание нута складывались из расходов на горюче-смазочные материалы и электроэнергию, амортизацию эксплуатируемой техники, включая сельскохозяйственные машины, оплату труда, проведение технического обслуживания и ремонта машин, а также расходов за закупку семенного материала, удобрений и пестицидов, применение которых предусмотрено технологией. Пооперационная структура затрат предполагает выделение, в первую очередь, системы агроприемов по зяблевой обработке почвы, весенней и предпосевной обработке почвы, затраты на приобретение и применение минеральных удобрений, гербицидов, фунгицидов, затраты на подготовку посевного материала и посев нута, затраты на предуборочную обработку десикантами и уборку. Отдельной статьей расходов в приведенной структуре рассматриваются расходы на приобретение посевного материала (таблица 5.3).
Приобретение высококачественного посевного материала является залогом и необходимым условием получения высокопродуктивных посевов. В современном агропроизводстве расходы на высококачественный посевной материал уже традиционно занимают значительный сегмент, опережая и расходы на удобрения и затраты на пестициды. В зональной технологии возделывания нута расходы на приобретение высококачественного посевного материала нута достигают 37,8 % от всей совокупности затрат на реализацию технологического цикла. В опытных вариантах, где апробировали предложенные агроприемы возделывания нута доля затрат на приобретение посевного материала несущественно (до 33,6-36,1 %) снижалась из-за увеличения совокупных расходов.
Затраты на зяблевую обработку почвы в зональной технологии возделыванию нута составляют 1740 руб./га или 10,1 % от совокупных затрат на реализацию технологического цикла. Переход на предложенную систему обработки почвы, на основе полосовых глубоких рыхлений, выполняемых под зябь, потребовал увеличения расходов до 3430 руб./га. Это составляет уже 17,7 % от совокупных расходов на выполнение технологического цикла. Таким образом, использование полосовых глубоких обработок почвы является достаточно затратным приемом, увеличивающим расходы на проведения зяблевой обработки почвы более, чем в полтора раза. Переход на предложенную систему обработки почвы увеличивает и расходы на проведение весенних и предпосевных обработок. Если при использовании зональной системы подготовки почвы расходы на весенние и предпосевную обработки составляли 596 руб./га, то при использовании предложенной системы, - возрастали до 952 руб./га, что составляет 4,9 % от совокупных расходов. Следует признать, что в рассматриваемом варианте полосное рыхление проводилось через 0,45 м, под традиционно реализуемый широкорядный способ посева.
С целью снижения затрат на обработку почвы при использовании полосовых глубоких рыхлений в опытах были заложены варианты по изучению ленточных способов посева с различными параметрами. Полосы глубокого рыхления при этом выполняются реже, что существенным образом отражается на снижении расходов на зяблевую обработку почвы при возделывании нута. В частности, при посеве нута ленточным способом по схеме 0,300,60 м полосы глубокого рыхления выполнялись уже через 0,9 м, а расходы на проведение зяблевой обработки снижались до 2300 руб./га. Использование ленточного способа посева положительно отражалась и на снижении расходов при проведении весенней и предпосевной обработок почвы. Использование ленточного способа посева по схеме 0,300,60 м позволило снизить расходы на проведении весенних и предпосевной обработок почвы до 682 руб./га или 3,8 %.
Еще одной предлагаемой операцией по возделыванию нута в условиях засухи является полосовое мульчирование почвы. В опытах мульчирование почвы проводилось соломенной резкой, локально, в зоне рыхления почвы и посева нута. Укрытие почвы соломенной резкой проводили непосредственно после посева нута, однако в условиях производства эти операции целесообразно совмещать. Рассматривая операцию мульчирования почвы, как составной компонент технологии посева, следует отметить, что расходы на посев при этом возрастают до трех раз. Однако, в структуре совокупных расходов они остаются на уровне 5,9 %.
Среди прочих, затратных статей в пооперационной структуре расходов на возделывание нута выделяются расходы на минеральные удобрения (18,6-20,9 %) и десикацию посевов (10,6-11,9 %). Расходы на обработку посевов гербицидами и фунгицидами составляют от 5,4 до 7,0 % от совокупных расходов на реализацию технологического цикла.
Совокупные расходы денежных средств на реализацию полного технологического цикла в рамках зональной технологии возделывания нута составили 17200 руб./га (таблица 5.4). Эта цифра принята нами в качестве контроля для сравнения с вариантами, разработанными на основе различных сочетаний предлагаемых аг-роприемов.
Расчеты показали, что переход на предложенную систему обработки почвы и использование полосового мульчирования поверхности почвы в зоне размещения растений в качестве влагосберегающего приема увеличивает размер совокупных денежных расходов. Использование ленточного способа посева характеризовалось как увеличением, так и снижением совокупных затрат на возделывание нута в зависимости от параметров применяемой схемы посева.
Однако на практике важен не только совокупный объем капиталовложений, но и удельные затраты потраченных ресурсов на формирование каждой единицы урожая. Такие затраты характеризует себестоимость производимой продукции. Расчетные значения себестоимости нута в зависимости от сочетания изучаемых агроприемов изменялись от 8892 руб./т до 12132 руб./т. Причем контрольный вариант, где нут выращивали по зональной технологии, не являлся ни максимумом ни минимумом и составлял 11242 руб./т (рисунок 5.3). Это свидетельствует, что изучаемые сочетания агроприемов оказывали как положительное, так и отрицательное влияние на эффективность производства. Так, при использовании зональной системы обработки почвы, на основе отвальной вспашки, переход на ленточный способ посева по схеме 0,300,45 м на фоне общего повышения совокупных затрат себестоимость зерна нута снижалась на 101-327 руб./т. Проведение посева ленточным способом по схеме 0,300,60 м обеспечило снижение себестоимости зерна нута на 445-492 руб./т. Однако, при использовании того же, ленточного способа посева по схеме 0,300,75 м, себестоимость зерна нута возрастала на 890-1110 руб./т в сравнении с контролем, где посев проводили широкорядным способом через 0,45 м.
При использовании предложенной системы обработки почвы, на основе глубоких полосных рыхлений, переход на ленточный способ посева со всеми изучаемыми схемами, обеспечивал существенной снижение себестоимости зерна нута. Однако, в наибольшей степени, на 1927-2146 руб./т, себестоимость зерна нута снижалась при посеве нута ленточным способом по схеме 0,300,60 м.
Собственно, переход на предложенную систему обработки почвы, обеспечивал снижение себестоимости зерна нута на 542-2356 руб/т.
Однако расчеты показали, что положительный эффект обеспечивается не при всех сочетаниях изучаемых факторов. Например, при использовании широкорядного способа посева через 0,45 м себестоимость зерна нута не снижалась, а даже возрастала на 99-415 руб/т. Также рост себестоимости, в среднем, на 224 руб/т, был отмечен при посеве нута ленточным способом по схеме 0,300,45 м в вариантах, где полосового мульчирования почвы не проводили.
Наибольшее снижение себестоимости зерна нута, на 2257-2356 руб/т, с переходом на предложенную систему обработки почвы, обеспечивалось на фоне ленточного способа посева по схеме 0,300,75 м.
Использование приема полосового мульчирования почвы при всех сочетаниях изучаемых факторов оказывало существенный положительный эффект в плане снижения себестоимости зерна нута. Себестоимость зерна нута на участках этих вариантов была, в среднем, на 77-843 руб/т, меньше, чем в вариантах без мульчирования. Наиболее значимые эффекты, до 619-843 руб/т снижения себестоимости, были получены на участках, где обработку почву проводили по предложенной системе, на основе глубоких полосовых рыхлений.
Продукция наименьшей себестоимости, 8892 руб./т, была получены при использовании предложенной системы обработки почвы, ленточного способа посева нута по схеме 0,300,60 м и влагосберегающего приема мульчирования поверхности почвы в полосовой модификации. Совокупные затраты на возделывание нута при этом составили 18850 руб./га, что на 1650 руб/га больше, чем при использовании зональной технологии.
Совокупные затраты на возделывание сельскохозяйственных культур имеют большое значение при планировании производства. Однако решающим фактором является получение экономической прибыли. В наших исследованиях оценка экономического эффекта возделывания нута в условиях засушливого климата Нижнего Поволжья проводилась по совокупности таких интегральных показателей, как чистый доход и рентабельность производства. Расчеты показали, что величина ожидаемого чистого дохода по вариантам опыта изменяется от 51500 до 87150 руб./га, а рентабельность производства достигает 312,1-462,3 % (таблица 5.5, рисунок 5.4).